狹義相對論和廣義相對論

時間 2021-09-02 13:09:09

1樓:

相對論因光速相對於任何系,速度不變,而速度為空間比時間,速度為常數,時空當然為函式。

我們來看一公式:

f=a千克米/秒

e=fs=b千克米米/秒

由此得:

a千克米/秒.s=ab千克米米/秒=e

而e=c2m

所以ab千克米米/秒=c2千克

由此得ab米米=秒

ab 為常數,於是時空關係為米2=秒.

以上推論由質能公式匯出,(質能公式不必相對論匯出,大統一論自然得出).可看出,空間可正負,也就是有方向,時間為正數,永遠的正數,不可能回到過去,時間流逝著。

米米=秒還告訴我們,離開了力f,米和秒是聯絡不起來的,而力是物質與物質的作用,所以,時空的聯絡靠物質,沒有物質,時空是絕對分開的,互不相干的。

由於是本人的原創,大統一理論還沒發表,只能談這些,請見涼

2樓:

狹義相對論(special relativity)是主要由愛因斯坦創立的時空理論,是對牛頓時空觀的改造。

伽利略變換與電磁學理論的不自洽

到19世紀末,以麥克斯韋方程組為核心的經典電磁理論的正確性已被大量實驗所證實,但麥克斯韋方程組在經典力學的伽利略變換下不具有協變性。而經典力學中的相對性原理則要求一切物理規律在伽利略變換下都具有協變性。

邁克爾孫尋找以太的實驗

為解決這一矛盾,物理學家提出了「以太假說」,即放棄相對性原理,認為麥克斯韋方程組只對一個絕對參考系(以太)成立。根據這一假說,由麥克斯韋方程組計算得到的真空光速是相對於絕對參考系(以太)的速度;在相對於「以太」運動的參考系中,光速具有不同的數值。

實驗的結果——零結果

但斐索實驗和邁克耳遜-莫雷實驗表明光速與參考系的運動無關。

洛侖茲座標變換

洛侖茲變換是描述狹義相對論空間中各參考系間關係的變換。它最早由洛侖茲從以太說推出,用以解決經典力學與經典電磁學間的矛盾(即邁克爾孫-莫雷實驗的零結果)。後被愛因斯坦用於狹義相對論。

2023年,伽利略出版了他的名著《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。書中那位地動派的「薩爾維阿蒂」對上述問題給了一個徹底的回答。他說:

「把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡,讓你們帶著幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲,艙內放一隻大水碗,其中有幾條魚。然後,掛上一個水瓶,讓水一滴一滴地滴到下面的一個寬口罐裡。船魚向各個方向隨便遊動,水滴滴進下面的罐口,你把任何東西扔給你的朋友時,只要距離相等,向這一方向不必比另一方向用更多的力。

你雙腳齊跳,無論向哪個方向跳 過的距離都相等。當你仔細地觀察這些事情之後,再使船以任何速度前進,只要運動是勻速,也不忽左忽右地擺動,你將發現,所有上述現象絲毫沒有變化。你也無法從其中任何一個現象來確定,船是在運動還是停著不動。

即使船運動得相當快,你跳向船尾也不會比跳向船頭來得遠。雖然你跳到空中時,腳下的船底板向著你跳的相反方向移動。你把不論什麼東西扔給你的同伴時,不論他是在船頭還是在船尾,只要你自己站在對面,你也並不需要用更多的力。

水滴將象先前一樣,滴進下面的罐子,一滴也不會滴向船尾。雖然水滴在空中時,船已行駛了許多柞(為大指尖到小指尖伸開之長,通常為九英寸,是古代的一種長度單位)。魚在水中游向水碗前部所用的力並不比遊向水碗後部來得大;它們一樣悠閒地遊向放在水碗邊緣任何地方的食餌。

最後,蝴蝶和蒼蠅繼續隨便地到處飛行,它們也決不會向船尾集中,並不因為它們可能長時間留在空中,脫離開了船的運動,為趕上船的運動而顯出累的樣子。」

薩爾維阿蒂的大船道出一條極為重要的真理,即:從船中發生的任何一種現象,你是無法判斷船究竟是在運動還是停著不動。現在稱這個論斷為伽利略相對性原理。

用現代的語言來說,薩爾維阿蒂的大船就是一種所謂慣性參考系。就是說,以不同的勻速運動著而又不忽左忽右擺動的船都是慣性參考系。在一個慣性系中能看到的種種現象,在另一個慣性參考系中必定也能無任何差別地看到。

亦即,所有慣性參考系都是平權的、等價的。我們不可能判斷哪個慣性參考系是處於絕對靜止狀態,哪一個又是絕對運動的。

伽利略相對性原理不僅從根本上否定了地靜派對地動說的非難,而且也否定了絕對空間觀念(至少在慣性運動範圍內)。所以,在從經典力學到相對論的過渡中,許多經典力學的觀念都要加以改變,唯獨伽利略相對性原理卻不僅不需要加以任何修正,而且成了狹義相對論的兩條基本原理之一。

狹義相對論的兩條原理 2023年,愛因斯坦發表了狹義相對論的奠基性**《論運動物體的電動力學》。關於狹義相對論的基本原理,他寫道: 「下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據的,這兩條原理我們規定如下:

1.物理體系的狀態據以變化的定律,同描述這些狀態變化時所參照的座標系究竟是用兩個在互相勻速移動著的座標系中的哪一個並無關係。

2.任何光線在「靜止的」座標系中都是以確定的速度c運動著,不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發射出來的。」

其中第一條就是性原理,第二條是光速不變性。整個狹義相對論就建築在這兩條基本原理上。

愛因斯坦的哲學觀念是,自然界應當是和諧而簡單的。的確,他的理論常有一種引人注目的特色:出於簡單而歸於深奧。

狹義相對論就是具有這種特色的一個體系。狹義相對論的兩條基本原理似乎是並不難接受的「簡單事實」,然而它們的推論卻根本地改變了牛頓以來物理學的根基。

廣義相對論

愛斯坦的第二種相對性理論(2023年)。該理論認為引力是由空間——時間幾何(也就是,不僅考慮空間中的點之間,而是考慮在空間和時間中的點之間距離的幾何)的畸變引起的,因而引力場影響時間和距離的測量.

廣義相對論:愛因斯坦的基於科學定律對所有的觀察者(而不管他們如何運動的)必須是相同的觀念的理論。它將引力按照四維空間—時間的曲率來解釋。

廣義相對論(general relativity‎)是愛因斯坦於2023年以幾何語言建立而成的引力理論,統合了狹義相對論和牛頓的萬有引力定律,將引力改描述成因時空中的物質與能量而彎曲的時空,以取代傳統對於引力是一種力的看法。因此,狹義相對論和萬有引力定律,都只是廣義相對論在特殊情況之下的特例。狹義相對論是在沒有重力時的情況;而萬有引力定律則是在距離近、引力小和速度慢時的情況。

背景愛因斯坦在2023年發表了一篇**光線在狹義相對論中,重力和加速度對其影響的**,廣義相對論的雛型就此開始形成。2023年,愛因斯坦發表了另外一篇**,**如何將重力場用幾何的語言來描述。至此,廣義相對論的運動學出現了。

到了2023年,愛因斯坦場方程式被髮表了出來,整個廣義相對論的動力學才終於完成。

2023年後,廣義相對論的發展多集中在解開場方程式上,解答的物理解釋以及尋求可能的實驗與觀測也佔了很大的一部份。但因為場方程式是一個非線性偏微分方程,很難得出解來,所以在電腦開始應用在科學上之前,也只有少數的解被解出來而已。其中最著名的有三個解:

史瓦西解(the schwarzschild solution (1916)), the reissner-nordström solution and the kerr solution。

在廣義相對論的觀測上,也有著許多的進展。水星的歲差是第一個證明廣義相對論是正確的證據,這是在相對論出現之前就已經量測到的現象,直到廣義相對論被愛因斯坦發現之後,才得到了理論的說明。第二個實驗則是2023年愛丁頓在非洲趁日蝕的時候量測星光因太陽的重力場所產生的偏折,和廣義相對論所**的一模一樣。

這時,廣義相對論的理論已被大眾和大多的物理學家廣泛地接受了。之後,更有許多的實驗去測試廣義相對論的理論,並且證實了廣義相對論的正確。

另外,宇宙的膨漲也創造出了廣義相對論的另一場高潮。從2023年開始,研究者們就發現場方程式所得出的解答會是一個膨漲中的宇宙,而愛因斯坦在那時自然也不相信宇宙會來漲縮,所以他便在場方程式中加入了一個宇宙常數來使場方程式可以解出一個隱定宇宙的解出來。但是這個解有兩個問題。

在理論上,一個隱定宇宙的解在訴學上不是穩定。另外在觀測上,2023年,哈伯發現了宇宙其實是在膨漲的,這個實驗結果使得愛因斯坦放棄了宇宙常數,並宣稱這是我一生最大的錯誤(the biggest blunder in my career)。

但根據最近的一形超新星的觀察,宇宙膨脹正在加速。所以宇宙常數似乎有敗部復活的可能性,宇宙中存在的暗能量可能就必須用宇宙常數來解釋.

基本假設

等效原理:引力和慣性力是完全等效的。

廣義相對性原理:物理定律的形式在一切參考系都是不變的。

主要內容

愛因斯坦提出「等效原理」,即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質量與慣性質量的等價性上。根據等效原理,愛因斯坦把狹義相對性原理推廣為廣義相對性原理,即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。

物體的運動方程即該參考系中的測地線方程。測地線方程與物體自身固有性質無關,只取決於時空局域幾何性質。而引力正是時空局域幾何性質的表現。

物質質量的存在會造成時空的彎曲,在彎曲的時空中,物體仍然順著最短距離進行運動(即沿著測地線運動——在歐氏空間中即是直線運動),如地球在太陽造成的彎曲時空中的測地線運動,實際是繞著太陽轉,造成引力作用效應。正如在彎曲的地球表面上,如果以直線運動,實際是繞著地球表面的大圓走。

引力是時空局域幾何性質的表現。雖然廣義相對論是愛因斯坦創立的,但是它的數學基礎的源頭可以追溯到歐氏幾何的公理和數個世紀以來為證明歐幾里德第五公設(即平行線永遠保持等距)所做的努力,這方面的努力在羅巴切夫斯基、bolyai、高斯的工作中到達了頂點:他們指出歐氏第五公設是不能用前四條公設證明的。

非歐幾何的一般數學理論是由高斯的學生黎曼發展出來的。所以也稱為黎曼幾何或曲面幾何,在愛因斯坦發展出廣義相對論之前,人們都認為非歐幾何是無法應用到真實世界中來的。

在廣義相對論中,引力的作用被「幾何化」——即是說:狹義相對論的閔氏空間背景加上萬有引力的物理圖景在廣義相對論中變成了黎曼空間背景下不受力(假設沒有電磁等相互作用)的自由運動的物理圖景,其動力學方程與自身質量無關而成為測地線方程,而萬有引力定律也代之以愛因斯坦場方程

求《狹義相對論》與《廣義相對論》原文(中文版)

首先,不存在所謂 狹義相對論 與 廣義相對論 這樣兩本書,它們最早都是在愛因斯坦的幾篇 中提到了。相關 或許可以在 愛因斯坦全集 第一 五卷,範岱年主譯,湖南科學技術出版社,2002年12月,定價 100 120 108 128 145元。中找到,在省會城市的大型書店一般都可以找到。中文版的這個全集...

相對論的狹義和廣義是什麼意思,廣義相對論和狹義相對論有什麼區別

相對論分為廣義相對論和狹義相對論 廣義相對論的基本概念解釋 廣義相對論是愛因斯坦繼狹義相對論之後,深入研究引力理論,於1913年提出的引力場的相對論理論。這一理論完全不同於牛頓的引力論,它把引力場歸結為物體周圍的時空彎曲,把物體受引力作用而運動,歸結為物體在彎曲時空中沿短程線的自由運動。因此,廣義相...

廣義相對論

廣義相對論是愛因斯坦繼狹義相對論之後,深入研究引力理論,於1913年提出的引力場的相對論理論。這一理論完全不同於牛頓的引力論,它把引力場歸結為物體周圍的時空彎曲,把物體受引力作用而運動,歸結為物體在彎曲時空中沿短程線的自由運動。因此,廣義相對論亦稱時空幾何動力學,即把引力歸結為時空的幾何特性。如何理...